(57)【要約】【課題】排ガス通路を閉塞させることなく凝縮水を蒸発して処理することができる熱交換器を提供することを課題とする。【解決手段】複数のガス用チューブ４はそれぞれその入口エンドキャップ部２側が出口エンドキャップ部３側よりも低くなるように水平方向に対して斜めに配置されている。また、入口エンドキャップ部２の下部には、複数のガス用チューブ４に干渉しないような低い位置に凝縮水蒸発部６が設定されている。ガス用チューブ４内で凝縮水Ｗが生成されると、凝縮水Ｗはその自重により複数のガス用チューブ４の内面を伝って入口エンドキャップ部２の凝縮水蒸発部６に流下し、この蒸発部６で排ガス流入口２ａから入口エンドキャップ部２内へ流入する高温の排ガスＧにより加熱され蒸発される。【選択図】図１
2005300103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排ガスを排ガス通路に流通させて熱交換すると共に排ガス通路内で発生する凝縮水を外部に排出するためのドレン機構を有しない熱交換器において、
排ガス通路の一端側に凝縮水蒸発部が設定され、
前記凝縮水蒸発部が低い位置となるように排ガス通路は水平方向に対して斜めあるいは鉛直に配置され、
排ガス通路内で発生した凝縮水は排ガス通路を伝って前記凝縮水蒸発部に流下し、この凝縮水蒸発部で排ガスの熱により蒸発される
ことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱交換器に係り、特に内燃機関の排ガスを熱交換するための熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジン等の内燃機関では、燃焼時に生成された排ガスを熱交換器で冷却して大気開放している。このような排ガス冷却用の熱交換器では、熱交換の際などにその排ガス通路内で凝縮水が発生するが、例えば特許文献１に開示されている熱交換器では、排ガス通路の底部にドレン孔を形成し、排ガス通路内で生じた凝縮水をこのドレン孔から外部へ排出している。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３９２７１号公報
【０００４】
ところが、このような凝縮水には油分や硫酸等が含まれているため、ドレン孔から熱交換器外部へ排出された凝縮水は油分の分離や中和処理を施されて機外へ排出される必要があり、そのための専用フィルターや中和槽等を設けなければならず、これらの設置スペースが必要となるだけでなくコストが嵩んでしまう。
そこで、近年、ドレン機構を用いずに凝縮水を熱交換器内で蒸発させて処理する方法が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように凝縮水には油分が含まれているため、凝縮水を熱交換器内で蒸発させると、凝縮水に含まれる油分が炭化してタール状のデポジットが発生し、このデポジットにより熱交換器内の排ガス通路が閉塞される虞がある。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、排ガス通路を閉塞させることなく凝縮水を蒸発させて処理することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る熱交換器は、内燃機関の排ガスを排ガス通路に流通させて熱交換すると共に排ガス通路内で発生する凝縮水を外部に排出するためのドレン機構を有しない熱交換器において、排ガス通路の一端側に凝縮水蒸発部が設定され、凝縮水蒸発部が低い位置となるように排ガス通路は水平方向に対して斜めあるいは鉛直に配置され、排ガス通路内で発生した凝縮水は排ガス通路を伝って凝縮水蒸発部に流下し、この凝縮水蒸発部で排ガスの熱により蒸発されるものである。
排ガス通路内で生成された凝縮水は、その自重により排ガス通路の内面を伝って凝縮水蒸発部に流下し、この凝縮水蒸発部で高温の排ガスにより加熱されて蒸発される。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、排ガス通路の一端側に凝縮水蒸発部が設定されると共に、この凝縮水蒸発部が低い位置となるように排ガス通路は水平方向に対して斜めあるいは鉛直に配置され、排ガス通路内で発生した凝縮水は排ガス通路を伝って凝縮水蒸発部に流下し、この凝縮水蒸発部で排ガスの熱により蒸発されるようにしたので、排ガス通路を閉塞させることなく凝縮水を蒸発させて処理することができる。従って、凝縮水排出用のドレン機構や、凝縮水浄化用のフィルター及び中和槽等を設ける必要がなく、これによりコストの低減や省スペース化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この発明の実施の形態に係る熱交換器の全体構成を示す。この熱交換器１は、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）等においてエンジンから排出された排ガスを熱交換してこの熱を利用するためのヒートエクスチェンジャーとして用いられるものである。この熱交換器１の両端側には、入口エンドキャップ部２及び出口エンドキャップ部３が配置されている。入口エンドキャップ部２と出口エンドキャップ部３の間には複数のガス用チューブ４が互いに間隔を隔てて平行に配置されており、複数のガス用チューブ４を介して入口エンドキャップ部２と出口エンドキャップ部３とが互いに連通されている。これら入口エンドキャップ部２、出口エンドキャップ部３及び複数のガス用チューブ４により排ガス通路が構成されている。なお、入口エンドキャップ部２は排ガス流入口２ａを、出口エンドキャップ部３は排ガス流出口３ａをそれぞれ有している。また、複数のガス用チューブ４は冷却部５により囲まれると共に、この冷却部５は図示されない冷却流体入口及び冷却流体出口を有しており、水等の低温の流体が冷却流体入口から冷却部５内へ流入してこの冷却部５内を流通すると共に冷却流体出口から排出される。
【０００９】
ここで、複数のガス用チューブ４はそれぞれその入口エンドキャップ部２側が出口エンドキャップ部３側よりも低くなるように水平方向に対して斜めに配置されている。また、入口エンドキャップ部２の下部には、複数のガス用チューブ４に干渉しないような低い位置に凝縮水蒸発部６が設定されており、熱交換時にガス用チューブ４等の内部に生じた凝縮水がガス用チューブ４の内面を伝って入口エンドキャップ部２の凝縮水蒸発部６に流下するように構成されている。
【００１０】
なお、凝縮水蒸発部６は、熱交換器１の使用期間内に凝縮水の蒸発により発生するおそれのあるデポジットを十分収容することができる容積を有している。
また、排ガス流入口２ａから入口エンドキャップ部２内に流入する排ガスＧは例えば２００℃以上の高温であり、凝縮水を蒸発させるのに十分な熱量を有している。
【００１１】
次に、この発明の実施の形態に係る熱交換器１の作用について説明する。エンジンから排出された高温の排ガスＧは、まず排ガス流入口２ａから入口エンドキャップ部２内に流入し、複数のガス用チューブ４内を流れてこのチューブ４内で冷却部５内の低温の流体と熱交換した後、出口エンドキャップ部３内に流入して排ガス流出口３ａからこの熱交換器１の外部へ排出される。
【００１２】
ここで、複数のガス用チューブ４内で排ガスＧが熱交換される際に、この排ガスＧが露点以下の温度に冷却されると、この排ガスＧに含まれる水分が結露して凝縮水Ｗが生成されるが、複数のガス用チューブ４はそれぞれその入口エンドキャップ部２側が出口エンドキャップ部３側よりも低くなるように斜めに配置されているため、図１に破線矢印で示されるように、凝縮水Ｗはその自重により複数のガス用チューブ４の内面を伝って入口エンドキャップ部２の凝縮水蒸発部６に流下する。そして、この凝縮水蒸発部６において凝縮水Ｗは排ガス流入口２ａから入口エンドキャップ部２内へ流入する高温の排ガスＧにより加熱され蒸発される。
なお、複数のガス用チューブ４は冷却部５内の低温の流体に接触しているため、ガス用チューブ４内で生じた凝縮水Ｗはこのチューブ内４で蒸発することなく凝縮水蒸発部６へと導かれ、この凝縮水蒸発部６で蒸発される。
【００１３】
この蒸発の際に、凝縮水に含まれる油分が炭化してタール状のデポジットが生じるおそれがあるが、凝縮水Ｗが蒸発される凝縮水蒸発部６は、複数のガス用チューブ４に干渉しないような低い位置に設定されると共にデポジットを十分収容することができる容積を有しているため、デポジットによりガス用チューブ４が閉塞されるといった不具合を防止することができる。したがって、排ガス通路を閉塞させることなく凝縮水を蒸発により処理することが可能な熱交換器を実現することができる。
【００１４】
なお、上述の実施の形態では、複数のガス用チューブ４をその入口エンドキャップ部２側が出口エンドキャップ部３側よりも低くなるように斜めに配置し、入口エンドキャップ部２に凝縮水蒸発部６を設定したが、この発明はこれに限定されるものではなく、複数のガス用チューブ４内で低温の流体と熱交換した後の排ガスＧが凝縮水を蒸発させるのに十分な温度を有する場合に、複数のガス用チューブ４をその出口エンドキャップ部３側が入口エンドキャップ部２側よりも低くなるように斜めに配置し、凝縮水蒸発部６を出口エンドキャップ部３の下部に設定することもできる。このような構成にしても、ガス用チューブ４内で発生した凝縮水Ｗがこの出口エンドキャップ部３の凝縮水蒸発部６に導かれてここで蒸発され、実施の形態と同様に、排ガス通路を閉塞させることなく凝縮水を蒸発させて処理することができる。
【００１５】
また、図２に示されるように、上述の実施の形態の熱交換器１の排ガス流出口３ａに、この熱交換器１よりも上部に位置するようにマフラー１１を接続し、マフラー１１内で生じた凝縮水が熱交換器１の凝縮水蒸発部６に流下するように構成すれば、マフラー１１の凝縮水も熱交換器１の凝縮水蒸発部６に導いて蒸発させることができる。これにより、マフラー１１に凝縮水処理用のドレン機構等を設ける必要がなくなり、コストの低減や省スペース化を図ることができる。
【００１６】
また、上述の実施の形態において、図３に示されるように、入口エンドキャップ部２内の下部に、排ガスＧの熱を凝縮水蒸発部６に効率よく取り入れるための少なくとも１枚の伝熱フィン１２を配置すれば、凝縮水蒸発部６に導かれた凝縮水Ｗを効果的に蒸発させることができる。
また、図４に示されるように、複数のガス用チューブ４だけでなく入口エンドキャップ部２及び出口エンドキャップ部３も冷却部５により囲まれたタイプの熱交換器でも、上述のような伝熱フィン１２を用いることで、凝縮水蒸発部６に効率よく熱を取り入れてこの蒸発部６に導かれた凝縮水Ｗを蒸発して処理することができる。
【００１７】
また、上述の実施の形態のように、複数のガス用チューブ４を水平方向に対して斜めに配置する代わりに、複数のガス用チューブ４をその入口エンドキャップ部２側が出口エンドキャップ部３側よりも低くなるように鉛直に配置しても、凝縮水Ｗはガス用チューブ４に沿って凝縮水蒸発部６に流下しこの蒸発部６で蒸発されるため、実施の形態と同様の効果を得ることができる。
この発明は、上述の実施の形態のようなシェル＆チューブ型の熱交換器だけでなく、多層型や、その他各種の熱交換器に適用することができる。
また、この発明の熱交換器は、ガスヒートポンプだけでなく、内燃機関から排出された排ガスを熱交換するヒートエクスチェンジャーとして幅広く利用することができる。
【００１８】
また、熱交換器を斜めにする角度は特に限定はしないが、凝縮水が排ガス流入口へ逆流してしまうと、排ガス通路の流路面積が凝縮水によって減少し、通過可能な排気ガスの流量が減少するため、凝縮水が排ガス流入口へ逆流しない程度の角度にするのが好ましい。  また、様々な熱交換器に本発明を適用することは可能であるが、ガスヒートポンプの熱交換器のように、排ガスが比較的低い温度まで冷やされて凝縮水が多量に発生する熱交換器の方が、凝縮水が蒸発してデポジットになる量が多いため、本発明の効果も大きい。
さらに、入り口エンドキャップ部は上述の実施の形態のように矩形状に形成されていた方が凝縮水蒸発部の容積を大きく取れるため適しているが、排ガス流入口からラッパ状に広がった形状をしている入り口エンドキャップ部を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態に係る熱交換器を示す模式図である。
【図２】実施の形態における熱交換器にマフラーが接続された様子を示す図である。
【図３】実施の形態における熱交換器内にフィンを取り付けた様子を示す摸式図である。
【図４】実施の形態における別の熱交換器を示す摸式図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  熱交換器、２  入口エンドキャップ部、２ａ  排ガス流入口、３  出口エンドキャップ部、３ａ  排ガス流出口、４  ガス用チューブ、５  冷却部、６  凝縮水蒸発部、１１  マフラー、１２  フィン、Ｇ  排ガス、Ｗ  凝縮水。
【図１】
2005300103.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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